中國近年來水資源利用效率的省際差異的實證探討
1 引言
“水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基”①，隨著我國城市化和工業(yè)化的推進，水資源作為基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源得到完全體現(xiàn)。與此同時，水資源利用效率低下成為制約我國經(jīng)濟增長的主要約束條件之一，我國萬美元GDP用水量為4749m[3]，是世界平均水平的4倍，是美國的9.8倍，日本的25倍[1]，因此水資源可持續(xù)利用成為我國政府和學(xué)術(shù)界共同高度關(guān)注的話題。2011年中央“一號文件”首次聚集水資源管理，并提出建立用水效率控制紅線，堅決遏制用水浪費。文件強調(diào)水資源管理紅線指標(biāo)體系要納入各地經(jīng)濟社會發(fā)展綜合評價體系，地方政府對本地區(qū)水資源管理負總責(zé)。這些都表明了中國政府旨在通過提高水資源利用效率來促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的決心。
從國內(nèi)外文獻來看，國內(nèi)外對水資源效率的測算一般有兩種方法：一種方法是政府部門經(jīng)常使用的單位水耗，即萬元產(chǎn)出所消耗的水資源量;另外一種是運用參數(shù)或非參數(shù)方法，綜合資本等其他投入要素，GDP作為產(chǎn)出，測算出全要素資源效率，如Speelman et al.、孫才志等、孫愛軍等[2-4]。水資源利用效率的影響方面，主要側(cè)重于分析農(nóng)業(yè)用水和工業(yè)用水效率的影響因素。如Kaneko[5]基于中國1999年-2002年的分省數(shù)據(jù)集，采用C-D隨機前沿生產(chǎn)函數(shù)方法測算灌溉用水效率，并進一步發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水效率的影響因素主要包括氣候、土壤等自然條件，以及農(nóng)田水利等基礎(chǔ)設(shè)施條件。陳東景[6]采用因素分解法分析了水資源消耗強度變化的結(jié)構(gòu)份額和效率份額，結(jié)果表明2002年-2005年間，我國工業(yè)水資源消耗強度總體呈不斷下降的趨勢，工業(yè)水資源消耗強度下降的結(jié)構(gòu)份額不斷下降，效率份額逐漸上升。Yujiro Hayami[7]根據(jù)誘致技術(shù)變遷理論，認為水資源相對稀缺程度以及供給彈性的不同，表現(xiàn)為在要素市場上相對價格的差異，從而能夠誘導(dǎo)出節(jié)約相對稀缺的水資源利用效率的變化。
梳理文獻發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有研究較多關(guān)注產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟增長對水資源利用效率的影響，技術(shù)因素對水資源效率的影響卻很少涉及。實際上，水資源利用的績效是經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)進步、水資源消耗等多種因素共同作用的結(jié)果，顯示出明顯的全要素特點。另外，水資源效率改善是一個宏觀、持續(xù)的過程，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、價格因素對水資源利用效率的影響存在一個閾值的問題，即上升空間是有限的，而技術(shù)進步的影響卻是持續(xù)的、相對無限的。基于以上分析，借鑒Hu和Wang提出的全要素框架[8]，探討中國水資源利用效率的變化趨勢，并進一步分析技術(shù)進步和技術(shù)效率對水資源利用效率產(chǎn)生的具體影響。
2 計算方法、數(shù)據(jù)來源與處理
2.1 水資源利用效率的計算方法
從全要素投入角度看，眾多學(xué)者使用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(Data Envelopment Analysis，DEA)來評價水資源利用效率。DEA是通過確定生產(chǎn)前沿面，以相對效率概念為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一種效率評價方法，可對同一類型的各決策單元的相對有效性進行評定和排序，而且DEA方法在避免主觀因素、簡化算法、減少誤差等方面有著不可低估的優(yōu)越性[9]。鑒于以上優(yōu)點，本文也采用DEA計算水資源利用效率。其主要思路是通過保持決策單元的輸入或輸出不變，借助數(shù)學(xué)規(guī)劃將DMU投影到前沿面上，有效點位于生產(chǎn)前沿面上，而無效點位于前沿面的下方。由于本文關(guān)注的是投入要素，因此將采用規(guī)模報酬不變假設(shè)下基于投入法的DEA模型。
根據(jù)Hu和Wang提出的思想，在生產(chǎn)過程中，水資源投入一方面由于技術(shù)無效率導(dǎo)致?lián)p失，另一方面因為要素配置不當(dāng)產(chǎn)生投入松弛。因此，“前沿曲線上最優(yōu)水資源投入”一般低于“實際水資源投入”。根據(jù)上述分析，定義全要素水資源效率為：
式中(Water Resource Efficiency)為第i個省(自治區(qū))第t年的水資源效率;TWRI(Target Water Resource Input)為目標(biāo)水資源投入，也就是在當(dāng)前生產(chǎn)技術(shù)水平下，為實現(xiàn)一定產(chǎn)出所需要的最少水資源投入數(shù)量;AWRI(Actual Water Resource Input)為實際水資源投入數(shù)量;LWRI(Loss Water Resource Input)為損失的水資源投入數(shù)量。此外，把區(qū)域內(nèi)所包括的所有省份的目標(biāo)水資源投入和實際水資源投入?yún)R總并計算比值，可得到某一區(qū)域在某一年的水資源效率。
2.2 Malmquist指數(shù)方法
Malmquist指數(shù)方法為分析各區(qū)域的全要素水資源利用效率變化提供了便利的工具。與Tomqvist指數(shù)和Fisher指數(shù)相比，Malmquist指數(shù)可以把生產(chǎn)率的變化原因分為技術(shù)變化與效率變化，不需要價格資料，從而避免價格信息不對稱所引起的問題，且可以利用多投入與產(chǎn)出變量，不需要成本最小化和利潤最大化的條件。設(shè)為距離函數(shù)，基于t和t+l期參照技術(shù)的Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)分別為：
按照理想指數(shù)思想，定義它們的幾何平均為綜合生產(chǎn)率指數(shù)，通過分解，可得到RD模型：
式中Pech(Pure Efficiency Change)為純技術(shù)效率變化，是在變動規(guī)模報酬假定下的技術(shù)效率變化;Techch(Technical Change)為技術(shù)變化，反映生產(chǎn)前沿面的移動對生產(chǎn)率變化的貢獻程度;Sech(Scale Efficiency Change)為規(guī)模效率變化，表明規(guī)模經(jīng)濟對生產(chǎn)率的影響。構(gòu)成TFP指數(shù)的某一變化比率大于l時，表明其是生產(chǎn)率水平提高的根源;反之，則導(dǎo)致了生產(chǎn)率水平的降低。
2.3 數(shù)據(jù)來源與處理
由于我國水資源消耗量的數(shù)據(jù)2003年才開始系統(tǒng)收集并公開頒布，考慮數(shù)據(jù)可得性，本文以2003年-2009年中國30個省(重慶合并到四川)的資本存量、勞動力、知識存量和水資源消耗量作為投入要素，以各省GDP作為產(chǎn)出要素進行分析。具體的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)說明如下：
圖1 中國東、中、西部水資源利用效率變化
Fig.1 Water resource utility efficiency change of East, middle and west region in China
(1)GDP產(chǎn)出數(shù)據(jù)。為保證指標(biāo)數(shù)據(jù)的一致性，各省每年的GDP變量采用的是2000年不變價格計算的實際GDP。
(2)資本存量。當(dāng)今學(xué)者們一般用“永續(xù)盤存法”來估計每年的實際資本存量，計算方法為：
式中是地區(qū)i第t年的資本存量;是地區(qū)i在第t年的投資;是地區(qū)i在第t年的固定資產(chǎn)折舊率。單豪杰[10]用國家統(tǒng)計局最新的數(shù)據(jù)資料，系統(tǒng)估算了1952年-2006年全國和省際的資本存量，因此本文直接采用他的研究成果。對于2006年后的數(shù)據(jù)，按照同樣方法計算獲得。另外，為保證投入產(chǎn)出變量統(tǒng)計口徑的一致，采用平減指數(shù)將資本存量換算到以2000年為基期計
算的相應(yīng)數(shù)據(jù)。
(3)勞動力。勞動力按照(當(dāng)年年末就業(yè)人數(shù)十上一年年末就業(yè)人數(shù))/2來計算得到，這里由于各省的人均教育水平等數(shù)據(jù)不可得，因此沒有包括各省勞動力質(zhì)量上的差異。
(4)知識存量。根據(jù)內(nèi)生增長理論，知識投入、技術(shù)進步對于經(jīng)濟增長起著顯著作用，因此本文在投入要素中加入非物質(zhì)形態(tài)的知識存量。Ganlner和Joutz[11]認為可以使用專利授權(quán)數(shù)作為知識積累的代理變量。知識存量的計算公式為：
式中為t期的知識存量，即專利授權(quán)數(shù)存量;A為知識流量(新增專利授權(quán)數(shù));d為知識的折舊率，賦值為0.15。本文以2000年為基期，計算歷年省際知識存量。
(5)水資源。用各省的水資源消耗量作為水資源投入，統(tǒng)計上把工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)用水、生態(tài)用水和生活用水等四種用水總量加總而得。
本文所有原始數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》、《新中國六十年統(tǒng)計資料匯編》和《中國水資源公報》。
3 計算結(jié)果與分析
3.1 基于DEA模型的水資源利用效率分析
運用軟件包DEAP2.1，根據(jù)公式(1)計算得到中國各省、直轄市、自治區(qū)以及各區(qū)域的全要素水資源效率見表1。圖1則直觀的表明了東部、中部、西部地區(qū)的水資源利用效率變化趨勢。
(1)表1顯示，從各省、區(qū)和直轄市的水資源利用效率來看，始終保持在前沿面的有天津、遼寧、上海和云南省，多年始終保持DEA有效。這里面天津、遼寧和上海盡管處于東部沿海，但水資源都相對缺乏，如2009年天津人均水資源擁有量為128.3m[3]，為全國倒數(shù)第一。這3個省(直轄市)之所以保持較高水資源利用效率，主要原因在于保持較優(yōu)的資源配置效率和和較高的技術(shù)水平。與之相反的是，云南水資源比較豐富，是我國西南地區(qū)重要的水資源保護區(qū)，由于開發(fā)利用程度低，且與資本、勞動力配置較好，故顯得全要素水資源利用效率較高。新疆、寧夏和西藏水資源利用效率始終很低，這原因一方面跟這些地區(qū)的氣候條件有關(guān)，水資源自然損耗較多，另外，跟這些地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān)，這些地區(qū)都以農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，而我國農(nóng)業(yè)用水技術(shù)手段落后，絕大時候仍然采取串灌、漫灌、大塊灌等粗放型的水資源利用方式。
(2)圖1顯示，從東部、中部、西部區(qū)域來看，水資源利用效率呈現(xiàn)出明顯的遞降趨勢，東部遙遙領(lǐng)先。這驗證了孫才志、孫愛軍[3-4]等學(xué)者的觀點，他們認為發(fā)達地區(qū)用水效率最高，欠發(fā)達地區(qū)用水效率最低，且水資源利用相對效率的差異是區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的普遍現(xiàn)象。這同時也說明，中、西部地區(qū)用水效率還有很大的提升空間，各種資源配置應(yīng)得到繼續(xù)優(yōu)化。
(3)圖1顯示，從全國來看，我國水資源利用效率變化出現(xiàn)在2007年。2007年以前，水資源利用效率有所提高，之后，出現(xiàn)了緩慢下降。這個結(jié)論與錢文婧、賀燦飛[12]類似，2007年全球發(fā)生經(jīng)濟危機，為了刺激經(jīng)濟復(fù)蘇，中央和地方政府把大量的救市資金投向了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和重型化工業(yè)，這導(dǎo)致了資源配置的扭曲，從而使水資源利用效率下降。
3.2 基于Malmquist指數(shù)的生產(chǎn)率分析
運用Deap2.1軟件，計算2003年-2009年我國各地平均的技術(shù)效率指數(shù)、技術(shù)進步指數(shù)和全要素生產(chǎn)率指數(shù)，具體結(jié)果見表2。
表2顯示：
(1)從全要素生產(chǎn)率變化(Tfpch)來看，2003年-2009年間平均TFP增長的省份有19個，占全國所有省份的63.34%，其中增長最快的省份為遼寧，增長率為22.1%。在平均TFP負增長的省份中，全要素生產(chǎn)率增長最低的是海南，增長率為-15.4%。這可能與其他學(xué)者的研究結(jié)果有所差異，原因主要在于跟本文的研究對象有關(guān)，把水資源作為投入要素計算全要素生產(chǎn)率，而其他學(xué)者計算TFP都沒有考慮水資源利用的問題。另外，與預(yù)期類似，東部的TFP增長率高于中部和西部地區(qū)，顯示出東部地區(qū)強勁的技術(shù)實力和綜合管理能力。
(2)從技術(shù)效率變化(Effch)來看，東部地區(qū)出現(xiàn)了負增長，增長率為-1.4%，主要為純技術(shù)效率和配置效率都出現(xiàn)負增長，尤其配置效率增長為-1.2%，這也表明東部地區(qū)需要提高水資源和其他投入要素的匹配程度，積極提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展低水耗產(chǎn)業(yè)，貿(mào)易往來中鼓勵進口高水耗產(chǎn)品。西部地區(qū)雖然技術(shù)效率增長較快，但純技術(shù)效率增長仍為-1.7%，這說明西部地區(qū)在“軟技術(shù)”方面還有很大改進空間，日常的經(jīng)營實踐和管理水平仍需提升。
(3)從技術(shù)進步變化(Techch)來看，東部地區(qū)在2003年-2009年平均增長4.6%，遙遙領(lǐng)先于中部地區(qū)的0.8%和西部地區(qū)1.1%，這也說明東部地區(qū)在技術(shù)引進、產(chǎn)品研發(fā)等“硬技術(shù)”方面繼續(xù)發(fā)揮“橋頭堡”作用。這跟東部地區(qū)較多的科研院所、豐富的人才儲備是分不開的，中西部地區(qū)除了要做好產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，吸收技術(shù)遷移外，更重要的是加大人才的引進和培養(yǎng)。
4 技術(shù)進步、技術(shù)效率對水資源利用效率的影響
如前所述，全要素生產(chǎn)率可以分解為技術(shù)效率和技術(shù)進步，其中技術(shù)效率又可分解為純技術(shù)效率和配置效率。為進一步研究技術(shù)進步各組成部分對全要素水資源利用效率的影響，以各省的水資源利用效率為因變量，純技術(shù)效率、配置效率和技術(shù)進步變化值為自變量，構(gòu)建回歸模型。同時，考慮到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和水資源價格等變量也會影響到水資源利用效率[6-7]，將這些變量作為控制變量一起放入回歸模型。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)用第一產(chǎn)業(yè)增加值/GDP總量來表示，水資源價格變量用城鎮(zhèn)居民家庭平均每人全年水電燃料支出/城鎮(zhèn)居民家庭平均每人全年消費性支出表示。由于Malmquist模型各指數(shù)均是與上一年的相對比值，因此各變量都采用與上一年的比值，具體模型如下：
式中i代表第i個省;t代表第t年;WRE、Techch、Pech、Sech、Stru、Pric分別代表水資源利用效率的增長率、技術(shù)進步的增長率、純技術(shù)效率的增長率、配置效率的增長率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化和水資源價格的變化;c表示截距項;為相應(yīng)的系數(shù);為隨機擾動項。
在使用面板數(shù)據(jù)構(gòu)建模型時需對模型的設(shè)定形式進行檢驗。首先是用沃爾德F檢驗判斷是采用OLS還是固定效應(yīng)模型，再利用布羅施—帕加(Breusch and Pagan)的LM檢驗判斷是采用OLS還是隨機效應(yīng)模型，最后利用Hausman檢驗，確定是選擇隨機效應(yīng)還是固定效應(yīng)模型，若檢驗值顯著則選用固定效應(yīng)模型，反之用隨機效應(yīng)模型。限于篇幅，具體的計算過程略去，本文的分析工具采用Eviews6.0，結(jié)果如表3所示。
表3顯示：
(1)針對全國而言，技術(shù)進步、技術(shù)效率的增長都可導(dǎo)致水資源利用效率的改善。技術(shù)進
步和技術(shù)效率分別增長1%，將導(dǎo)致水資源利用效率提高0.37%和0.27%(0.8287×0.3318%)。這里技術(shù)進步對水資源利用效率的貢獻較少，可能跟技術(shù)進步產(chǎn)生的“回彈效應(yīng)”(Rebound Effect)有關(guān)，技術(shù)進步一方面可以降低水資源消耗，提高水資源利用效率，但另一方面又使得經(jīng)濟增長，導(dǎo)致水資源需求增加;另外，純技術(shù)效率和配置效率也可導(dǎo)致水資源利用效率提高，且純技術(shù)效率效果最明顯，純技術(shù)效率增長1%，將導(dǎo)致水資源利用效率提高0.83%，這也表明提高管理水平等“軟技術(shù)”對目前我國水資源利用最為關(guān)鍵。
(2)從分區(qū)域來看，技術(shù)進步對中部地區(qū)水資源利用效率最為明顯，而對西部地區(qū)效果最不理想，技術(shù)進步增長l%，西部地區(qū)水資源利用效率改善程度大概只占東部地區(qū)的1/3。究其原因，可能東部地區(qū)本身技術(shù)水平較高，加上“回彈效應(yīng)”的因素，使得技術(shù)進步對水資源效率改善的邊際效益遞減，而西部地區(qū)由于技術(shù)相對缺乏，同時經(jīng)營水平和管理經(jīng)驗薄弱，使得節(jié)水的技術(shù)成果推廣相對困難，如西部地區(qū)農(nóng)業(yè)較少采用噴灌和微灌這種作業(yè)方式就是一個證明。
(3)從全國和中西部地區(qū)來看，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變量與全要素水資源利用效率呈顯著的負相關(guān)，即經(jīng)濟總量中第一產(chǎn)業(yè)的比例越大，全要素水資源效率就越低。另外，水資源的價格同全要素水資源利用效率正相關(guān)，這表明，通過價格杠桿的作用可以提高水資源效率。
5 結(jié)論與政策建議
5.1 結(jié)論
“確立用水效率控制紅線，堅決遏制用水浪費，把節(jié)水工作貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展和群眾生產(chǎn)生活全過程”②。隨著極端氣候?qū)ξ覈绊懙募哟螅Y源效率的提高成為水資源利用工作的核心問題。本文利用2003年-2009年我國各省的面板數(shù)據(jù)，選取基于投入導(dǎo)向的DEA模型，以資本存量、人力資本存量、用水總量作為生產(chǎn)中的投入要素，測算出各省全要素水資源利用效率，并通過Malmquist指數(shù)測算出各省的技術(shù)效率、技術(shù)進步和全要素生產(chǎn)率，最后以面板數(shù)據(jù)計量方法分區(qū)域?qū)夹g(shù)效率和技術(shù)進步對水資源利用效率的影響進行了考察，研究結(jié)果表明.
(1)我國近年來水資源利用效率變化的分界點出現(xiàn)在2007年。2007年以后水資源利用效率出現(xiàn)了緩慢下降，主要原因可能為金融危機后的資源配置扭曲。從分區(qū)域看，水資源利用效率出現(xiàn)了明顯的區(qū)域差異，東部地區(qū)、中部地區(qū)、西部地區(qū)效率值依次遞減。從省(直轄市)來看，天津、遼寧、上海和云南省多年保持較高的水資源利用效率，而新疆、寧夏和西藏水資源利用效率始終較低。
(2)技術(shù)進步和技術(shù)效率的增長都可導(dǎo)致水資源利用效率的改善，但技術(shù)進步由于回彈效應(yīng)使得影響值較小。技術(shù)效率增長導(dǎo)致水資源效率較大幅度的改善，主要原因是純技術(shù)效率和配置效率的增長都對水資源利用效率的改善起到正向作用。
(3)技術(shù)進步對中部地區(qū)水資源利用效率最為明顯，而對西部地區(qū)效果最不理想，技術(shù)進步增長1%，中部地區(qū)水資源利用效率改善0.38%，而西部地區(qū)卻只有0.11%。
(4)從全國和中西部地區(qū)來看，全要素水資源利用效率與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)呈顯著的負相關(guān)，但與水資源的價格正相關(guān)，這表明，降低第一產(chǎn)業(yè)比例和發(fā)揮價格杠桿的作用可以提高水資源效率。
5.2 政策建議
(1)慎重對待節(jié)水目標(biāo)的分解，2011年一號文件確定了我國在未來一段時間內(nèi)用水效率的控制紅線，由于我國各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)水平等方面存在較大差異，導(dǎo)致目前不同地區(qū)水資源相對效率差距較大，因此在分解節(jié)水目標(biāo)時，要根據(jù)各地用水效率的實際情況，避免“一刀切”現(xiàn)象。
(2)充分認識技術(shù)進步、資源配置、管理水平以及價格杠桿等因素對水資源利用效率的影響，政府需要應(yīng)加大對技術(shù)的投資力度，并鼓勵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新以及管理效率的提高，積極實施用水價格改革，這樣才能滿足我國經(jīng)濟社會發(fā)展對水資源利用效率的要求。
注釋：
①《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》2011年1號文件。
②《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》2011年l號文件。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
